Si le début des années 1990 marque la première étape de la mise en place d'un centre d'archivage et de compétences à Penthaz pour la préservation et le traitement des collections, ces dernières ne cessent d'accroître et le besoin d'espaces supplémentaires, à des conditions optimales de conservation, se fait rapidement sentir. Après le rachat du bâtiment existant en 1998 par la Confédération suisse, le Conseil fédéral adopte en 2005 un arrêté prévoyant la construction d'un nouveau Centre de recherche et d'archivage à Penthaz. Trois ans plus tard, le Parlement vote le crédit d'aménagement de 49,5 millions de francs, augmenté en 2017 de 5,1 millions de francs alloués au numérique. Grâce à une gestion rigoureuse du chantier et de ses crédits, les montants alloués n'ont pas été entièrement utilisés, réduisant le coût final de construction, numérique compris, à 50.6 millions.
Le nouveau Centre fait l'objet d'un concours d'architecture, remporté par le bureau EM2N à Zurich qui prévoit de transformer et d'agrandir la structure existante. Avec ce nouveau bâtiment d'inspiration industrielle, le bureau EM2N a multiplié les références au cinéma et aux archives : la façade en acier oxydé évoque les défis liés à la conservation, la grande fenêtre de l'espace muséal fait allusion à un écran de cinéma et les salles de réunion suspendues dans le hall d'entrée et d'exposition suggèrent des effets cinématographiques comme le cadrage et le montage.